JPH07160840A - 情報カード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池や半導体ＩＣ等の電子部品を一切使用せ
ず、印刷技術等を用いて製造可能な超軽量薄型の情報カ
ードを提供する。 【構成】 制御器１８から振動磁界を印加すると共に電
磁波をカードに向けて放射する。メモリ部１３は、強誘
電体材料を用いた強誘電体キャパシタで構成したシフト
レジスタであり、その分極方向に応じてデータを保持す
る。カード駆動信号受波部１５が振動磁界を受けて駆動
信号を発生し、メモリ部１３のデータを順次変調部１６
へ転送する。変調部１６は、データ読み出し用電磁波受
波部１２で受信した電磁波を変調して、再び制御器１８
へ返送する。制御器１８で電磁波を検波してカード内デ
ータを読み出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部の制御器との間で
非接触でデータの読み書きを行い得るようにした情報カ
ードに関するものであ。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ・半導体メモリ等の電子部品
を使用し、接触もしくは非接触でデータの読み書きを行
う情報カードが、工場の製造ライン、運輸・物流サービ
ス、金融サービス、レジャー等の分野で使用されつつあ
る。

【０００３】以下に従来の情報カードのうち、非接触で
データの読み書きを行うカードについて説明する。図６
（ａ）は従来の情報カードの斜視図を、（ｂ）は回路の
ブロック図を示すものである。図において、２１は電磁
波送受波器、２２はカードを構成する誘電体基材、２３
は制御用ＩＣ、２４は半導体メモリ、２５は受信電磁波
を変調してアンテナに返送する変調素子、２６は電磁波
の検波素子、２７は電池である。

【０００４】以上のように構成された従来の情報カード
について、以下その動作について説明する。まずカード
をコントロールする制御器から、コントロール信号で変
調した電磁波をカードに向けて発射する。カードは電磁
波送受波器２１で電磁波を受信し、検波素子２６でコン
トロール信号を検波する。制御用ＩＣ２３は検波したコ
ントロール信号に応じて半導体メモリ２４へのデータ書
き換え、及び半導体メモリ２４からの読み出しを行う。
ここで読み出し時には、読み出したデータを変調素子２
５に送り、変調素子２５で受信電磁波を変調し電磁波送
受波器２１を通して制御器へ返信する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の情報カード
は、従来にない新しいデータの読み取り、書き込みシス
テムを提供することを目的とし、電界と磁界とを利用し
てカード内のデータの読み出し及び書き込みを行うよう
にするものである。この構成によれば、電池や半導体Ｉ
Ｃ等の電子部品を一切使用せず、すべて誘電体・磁性体
・導体の材料を、印刷技術等を用いて基板上に平面状に
多層化して構成することもでき、超軽量薄型の情報カー
ドを実現することができる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の情報カードは、制御器より予め定められた周
波数のクロック信号で変調された磁界または電界のうち
の一方を受け、前記クロック信号に同期した駆動信号を
発生する駆動信号発生手段と、前記駆動信号により駆動
されるメモリ手段と、前記メモリ手段から出力されたデ
ータを前記制御器で読み取るために、前記制御器から印
加された電磁波を前記メモリ手段が出力するデータに応
じて変調し、前記制御器に送信する電磁波送受信手段
と、前記制御器からの記憶すべきデータにより変調され
た前記磁界または電界のうちの残りの一方を受け、前記
記憶すべきデータを発生するデータ受波手段と、前記記
憶すべきデータを前記メモリ手段内のデータと書き換え
るデータ書換え手段とを有するものである。

【０００７】

【作用】上記構成では、電界と磁界とを利用してカード
内のデータの読み出しと書き込みとを行い得る、新しい
システムを実現することができる。

【０００８】すなわち、カード内のデータを読み取ると
きは、制御器から電界または磁界の一方を印加して、メ
モリ手段内のデータを所定の周波数で出力させる。一方
制御器から読み取り信号として電磁波を印加し、前記メ
モリ手段から出力されるデータで前記電磁波を変調し、
その変調された電磁波を制御器で検波することにより、
カード内のデータを読みとる。

【０００９】カード内にデータを書き込むときには、制
御器から前記電界または磁界のうちの残りの一つを、書
き込むデータに応じて変調して印加することにより、メ
モリ手段内のデータを書き換える。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１（ａ）において、１１は誘電体
・磁性体・導体の組み合わせで作製するカード本体であ
り、その機能領域ごとに、データ読み出し用電磁波送受
波部１２、メモリ部１３、データ書き換え信号受波部１
４、カード駆動信号受波部１５、変調部１６、データ書
き換え部１７を構成している。

【００１１】以上のように構成した情報カードについて
図１（ｂ）の等価ブロック図を参照して、まずその動作
の概略を説明する。カードに記憶されたデータの読み出
し動作から説明する。読み出しには、制御器１８からカ
ード駆動信号として、予め定められた周波数のクロック
信号で変調された振動磁界を印加すると共に、読み出し
用信号として、一定周波数の電磁波をカードに向けて放
射する。

【００１２】カード駆動信号が印加されると、カード駆
動信号受波部１５はクロック信号に同期した駆動パルス
信号を発生する。メモリ部１３はデータを保持転送する
シフトレジスタであり、駆動パルス信号によりレジスタ
内に保持されたデータは、順序よく変調部１６へ転送さ
れる。変調部１６は、前記シフトレジスタの一部を成す
と同時に、転送されてくるデータにより、データ読み出
し用電磁波受波部１２で受信した電磁波を変調して、再
びデータ読み出し用電磁波受波部１２を通して制御器１
８へ返送する。

【００１３】制御器１８では変調されてカードから返送
されてくる電磁波を検波再生することによりカード内デ
ータの読み出しが可能となる。ここでシフトレジスタは
循環型に構成しているので、カード駆動信号を印加し続
けることによりデータの繰り返し読み出しが可能とな
る。また、データ読み出し用電磁波はマイクロ波帯の高
周波が使用できる為、カード駆動信号印加が読み出し用
電磁波にノイズとして与える影響は小さく、精度のよい
読み出しが可能となる。

【００１４】カード内のデータを書き換えるには、制御
器１８からカード駆動信号として、読み出し時と同様の
周波数の振動磁界を印加すると共に、書き換え用信号と
して書き換えるデータにより変調された振動電界を印加
する。振動電界はデータの種類に応じてその印加方向が
異なっており、データ書き換え信号受波部１４はそのデ
ータに応じて書き換え信号を発生する。データ書き換え
部１７は、前記シフトレジスタの一部を成すと同時に、
書き換え信号受波部１４からの書き換え信号に応じて、
メモリ部１３内のデータを１ビット書き換える。

【００１５】１ビットの書き換えが終わると、次の１ビ
ットを書き換える為に、制御器１８から１ビット転送分
のカード駆動信号が印加され、続けて次ビット用のデー
タ書き換え信号が印加される。これを繰り返すことによ
りカード内の全データの書き換えが可能となる。ここで
データ書き換え信号とカード駆動信号には、電界と磁界
の組み合わせで構成されているため、データ書き換え動
作とシフトレジスタ転送動作が影響し合うことなく書き
換えが可能となる。

【００１６】次にメモリ部内のデータ転送動作、変調部
内の変調動作、および書き込み部内の書き込み動作につ
いて、更に詳しく説明する。図１（ｂ）のメモリ部１３
は、そのセル内に示したように、強誘電体、常誘電体を
絶縁材とするキャパシタのみで構成したシフトレジスタ
であり、強誘電体の電界保持機能を利用してデータを転
送するものである。

【００１７】図中、ａはキャパシタの絶縁材料として、
電界と誘電分極との間にヒステリシス特性を持つ強誘電
体を使用し、強誘電体の残留分極によりデータを保持す
るデータ保持キャパシタであり、ｂはキャパシタの絶縁
材料として常誘電体を使用し、データ保持キャパシタａ
の分極反転に伴い、次段セルのデータ保持キャパシタを
反転させる電圧を発生する負荷キャパシタである。ま
た、ｃはそのキャパシタ特性として２つの端子間に印加
される電圧の極性により大小異なる容量値を示し、デー
タ保持キャパシタａの分極反転の方向を制限する機能を
もつ方向性キャパシタである。ｄは方向性キャパシタｃ
と同様に構成され、負荷キャパシタｂで発生した反転電
圧を次段セルのデータ保持キャパシタへ伝えてデータを
転送すると同時に、データの転送方向を制限する機能を
もつ方向性転送キャパシタである。

【００１８】ここで方向性キャパシタｃ、および方向性
転送キャパシタｄは、電界と誘電分極との間にヒステリ
シス特性を持ち、印加される駆動信号によりキャパシタ
内部につくられる電界よりも大きな抗電界値をもつバイ
アス電界発生用強誘電体と、電界と誘電分極との間にヒ
ステリシス特性を持ち、バイアス電界発生用強誘電体が
発生するバイアス電界よりも小さな抗電界値をもつ非線
形容量形成用強誘電体の２つの強誘電体を複合絶縁材と
して使用し方向性を実現している。また図中での記号は
太い線側がプラス（＋）電位になるときに大きな容量値
を示し、細い線側がプラス（＋）電位のときに小さな容
量値を示すことを表わしている。

【００１９】ここで、ａ〜ｄの各キャパシタは、上記誘
電体材料と導体材料を印刷技術等を利用して、同一の絶
縁支持基板の一平面上に塗布形成される。図３（ａ）は
データ保持キャパシタの斜視図であり、導体Ｌを電極と
して例えば中坑電界強誘電体Ｍを挟んだものである。ま
た同図（ｂ）は、負荷キャパシタの斜視図であり、導体
Ｌを電極として例えば常誘電体Ｎを挟んだものである。
同図（ｃ）は、方向性キャパシタ及び方向性転送キャパ
シタの斜視図であり、導体Ｌを電極として、例えば小坑
電界強誘電体Ｏと高坑電界強誘電体Ｐとを挟んだ構造で
ある。

【００２０】図２は上記シフトレジスタの転送動作を表
わす補助図であり、図２（ａ）は転送時の駆動パルス信
号を示している。図２（ｂ）はデータ転送時の各データ
保持キャパシタの分極状態と反転電流を示し、丸印付の
符号がデータ”１”を表わしている。図に示すように、
書き込まれたデータ（１，１，０，０）が駆動パルス信
号を印加することにより一方向へ転送されることがわか
る。

【００２１】図１（ｂ）内に示したカード駆動信号受波
部１５は導体を使用した電流発生コイルであり、カード
駆動信号として制御器１８から印加される振動磁界を受
けて駆動信号であるパルス電流を発生する。また図１
（ｂ）内に示したデータ書き換え信号受波部１４は、強
磁性体を使用した磁流発生コイルであり、書き換えデー
タに応じて制御器１８から印加される電界を受けて書き
換え信号であるパルス磁流を発生する。

【００２２】また図１（ｂ）内に示したデータ書き換え
部１７は、図４（ａ），（ｂ）の斜視図に示すように、
データ保持キャパシタａの導体電極の周囲に小坑磁界強
磁性体の電流発生コイルＱを多層構造の一部として環状
に付加したものである。データ書き換え信号受波部１４
が発生するパルス磁流を受けて、データ保持キャパシタ
のキャパシタ絶縁材内に変位電流を流すことにより、デ
ータ保持キャパシタの分極方向を強制的に反転して、カ
ード内データの１ビットを書き換えるものである。

【００２３】また図１（ｂ）内に示した変調部１６は、
図５の斜視図に示すように、データ保持キャパシタａの
電極を、伝送線路を利用した１／２波長共振器の形状に
したものである。データ保持キャパシタのメモリデータ
が "1" から "0" 、もしくは"0" から "1" へ反転する
時、強誘電体に保持された電界が反転し、電界反転が引
き起こす誘電率の非線形特性により、データ読み出し用
電磁波送受波部１２で受けた電磁波を位相変調して、再
びデータ読み出し用電磁波送受波部１２へ送り返す。

【００２４】図１（ｂ）に示す電磁波送受波部１２は、
常誘電体を支持絶縁材にしたマイクロストリップアンテ
ナであり、読み出し用電磁波を受信して変調部１６へ導
くと同時に、変調部１６で変調された電磁波を制御器１
８へ送り返す。

【００２５】ここでシフトレジスタの構成は、上記実施
例の構成に限らず、制御電圧印加によるデータ保持キャ
パシタの分極反転により、次段のデータ保持キャパシタ
を分極反転させてデータを転送させるものでよい。

【００２６】またシフトレジスタに強誘電体、常誘電体
を利用する方式を示したが、強磁性体、常磁性体を利用
してもよいことは言うまでもなく、この場合、導体に替
わるものとして抗磁界の小さい強磁性体が、データ保持
用・バイアス磁界発生用材料として抗磁界の大きな強磁
性体がそれぞれ対応すること、またカード駆動信号に電
界が、データ書き換え信号に磁界が使用できることは言
うまでもない。

【００２７】さらに、読み出し用電磁波送受波器にマイ
クロストリップアンテナを利用したものを示している
が、ストリップアンテナ、スロットアンテナや電磁波散
乱構造を利用することもできることは言うまでもなく、
シフトレジスタ内各キャパシタを塗布形成する厚膜方式
を示したが、蒸着等の薄膜方式を利用してもよいことは
言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、強誘電体・強磁
性体における電界・磁界保持機能と、誘電率・透磁率の
非線形特性を相互利用することにより、すべて誘電体・
磁性体・導体の組み合わせで実現でき、電池・電子部品
を一切使用せず印刷技術等を用いて製造可能な超軽量薄
型情報カードを実現できるものである。そしてカードか
らのデータの読み出しは、電磁波を使用するかカードを
破壊しないと不可能であり、セキュリティ性の高いカー
ドが実現できるものである。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【００３０】

【図１】本発明の一実施例における情報カードの構成図

【００３１】

【図２】同実施例におけるメモリ部のデータ転送を説明
する説明図

【００３２】

【図３】メモリ部の各キャパシタの斜視図

【００３３】

【図４】データ書き換え部のキャパシタの斜視図

【００３４】

【図５】変調部の斜視図

【００３５】

【図６】従来の情報カードの構成図

【００３６】

【符号の説明】

１１ カード本体 １２ データ読み出し用電磁波送受波部 １３ メモリ部 １４ データ書き換え信号受波部 １５ カード駆動信号受波部 １６ 変調部 １７ データ書き換え部 １８ 制御器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御器より予め定められた周波数のクロ
   ック信号で変調された磁界または電界のうちの一方を受
   け、前記クロック信号に同期した駆動信号を発生する駆
   動信号発生手段と、 前記駆動信号により駆動されるメモリ手段と、 前記メモリ手段から出力されたデータを前記制御器で読
   み取るために、前記制御器から印加された電磁波を前記
   メモリ手段が出力するデータに応じて変調し、前記制御
   器に送信する電磁波送受信手段と、 前記制御器からの記憶すべきデータにより変調された前
   記磁界または電界のうちの残りの一方を受け、前記記憶
   すべきデータを発生するデータ受波手段と、 前記記憶すべきデータを前記メモリ手段内のデータと書
   き換えるデータ書換え手段とを有する情報カード。
2. 【請求項２】 強誘電体を絶縁材として構成した強誘電
   体キャパシタが有する電界保持機能によって、記憶すべ
   きデータに対応した電界を保持するとともに、駆動信号
   発生手段が発生する駆動信号により前記保持された電界
   を順次他のセルに転送しうるよう複数のセルで構成した
   メモリ手段を有することを特徴とする請求項１記載の情
   報カード。
3. 【請求項３】 記憶すべきデータに応じた電界が保持さ
   れるよう、強誘電体を絶縁材として構成した強誘電体キ
   ャパシタからなるデータ書き換え手段を有することを特
   徴とする請求項１記載の情報カード。
4. 【請求項４】 駆動信号発生手段、メモリ手段、データ
   書き換え手段及び電磁波送受信手段とをそれぞれ絶縁支
   持基板上に印刷形成したことを特徴とする請求項２また
   は３記載の情報カード。